氨多化碳纳米管

1、姓名：郁凯玲学号：111103123 碳纳米管（CNT）又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过 sp2杂化与周围 3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。碳纳米管奇异的导电性优异的力学性质良好的热学性能 碳纳米管因其独特的结构所赋予的优异的力学性能、电学性能和热力学性能，被越来越广泛地用作聚合物基复合材料中的增强体，也可用作功能性纤维和高性能纤维的增强体。但是CNTs比表面积大，表面能高，分子之间以较强的范德华力缠结、

2、团聚在一起，极大地影响了CNTs在复合材料中的实际应用。表面处理共价修饰非共价修饰 共价修饰的方法之一就是在CNTs的表面引入氨基，因为这样可以改善CNTs表面的亲水性和极性，进而改善其在聚合物中的分散性，并可能在CNTs和聚合物之间形成氢键或化学键。 因此提出了一种利用DCC与4-二甲氨基吡啶(DMAP)复合催化体系来制备MWNTs-NH2的方法。该方法具体是先将MWNTs通过混酸氧化处理，得到氧化多壁碳纳米管(MWNTs-COOH)，再将其与 EDA 在DCC-DMAP复合催化体系下反应，制备MWNTs-NH2。试验试验 1.1.1 1MWNTs-COOHMWNTs-COOH的制备的制备

3、称取100 mg的MWNTs，加入到装有70 mL浓硝酸-浓硫酸(体积比为23)混酸溶液的圆底烧瓶中，在60 水浴中磁力搅拌，加热回流5 h。将反应后的溶液以9 000 r/min离心5 min，倒去上层清液，用去离子水冲洗底部黑色产物，反复洗涤、抽滤，至滤液 pH 值为 7。将产物置于真空干燥箱中，60 下真空干燥24 h，得到MWNTs-COOH。1.2 MWNTs-NH2的制备 称取 50 mg 的 MWNTs-COOH，加入到装有45 mL甲苯溶液的圆底烧瓶中，在100 油浴中磁力搅拌1 h。称取0.15 mL的EDA与甲苯配成5 mL溶液，并称取1.5 g DCC和0.5 g DMA

4、P一起加入到上述装有MWNTs-COOH的圆底烧瓶中，在100 油浴中反应 6 h。反应后的溶液先用乙醇洗涤 23次，再用去离子水反复洗涤、抽滤。将抽滤后的产物置于真空烘箱中，在60 下真空干燥24 h，得到MWNTs-NH2。结果与讨论 乙二胺(EDA）与碳纳米管上的羧基在4-二甲氨基吡啶(DMAP)的催化作用下发生酰胺化反应，生成小分子H2O，N,N-二环己基碳二亚胺(DCC)与生成的H2O反应生成1,3-二环己基脲(DCU)，促进反应平衡正向移动。其中DMAP催化EDA与MWNTs-COOH上羧基的酰胺化反应机制如图1所示：说明混酸处理除去了原始MWNTs中的大部分杂质 混酸具有强氧化性

5、，会破坏MWNTs的结构，使得MWNTs长度变短，更容易堆积 MWNTs-NH2的FTIR分析 谱线 b 为MWNTs-COOH的FTIR曲线，其中3 427 cm-1处为OH基的伸缩振动峰1712cm-1处为C=O的伸缩振动峰，表明强酸的氧化处理确实使MWNTs上产生了羧基。谱线c为MWNTs-NH2的FTIR曲线，可以明显地看到1 712 cm-1处羧基的C=O伸缩振动峰消失，而在1289 cm-1和1128 cm-1处分别出现了CN的伸缩振动峰和NH的弯曲振动峰；同时，属于酰胺键中的C=O伸缩振动峰可能与在1629 cm-1处的MWNTs骨架的C=C伸缩振动峰重合，这说明缩合反应使EDA

6、与MWNTs-COOH通过酰胺键连接在了一起。 MWNTs-NH2的TG分析 从图中可以看出：从室温一直到800 ，MWNTs的热分解平稳而缓慢，质量损失率仅为 2.8 %，说明 MWNTs 具有良好的热稳定性；在200500 范围内MWNTs-COOH的质量损失率达到 13 %，这是由 MWNTs-COOH 表面存在的羧基、羟基等官能团化学键的断裂和热分解造成的；而MWNTs-NH2的质量损失率达到20.46 %，这主要是由MWNTs-NH2上酰胺键的断裂和EDA热分解造成的。因此可以用MWNTs- NH2 在 200500 的质量损失率与MWNTs-COOH在200500 的质量损失率的差

7、值来近似表示EDA的接枝率。 MWNTs-NH2的XRD分析 3条曲线均在2=25.720处有一强峰，在2=44.800处有一弱峰，这分别是碳纳米管在(002)晶面和(100)晶面的特征峰，说明改性并没有破坏MWNTs的基本骨架结构。 MWNTs-NH2的Raman分析 图中在1334 cm-1和1597 cm-1处存在两个显著的特征峰，1334 cm-1左右的拉曼峰源自CNTs管壁的无序结构，称为D带，代表sp3杂化碳；1 597 cm-1左右的拉曼峰源自CNTs上的石墨结构，称为G带代表sp2杂化碳。分别对D带和G带进行积分可得到各自的峰面积ID和IG，它们的比值ID/IG为峰强比该值越大，表示MWNTs受到破坏的程度越大。结论 (1) 将 MWNTs 经 混 酸 氧 化 处 理 后 得 到 的MWNTs-COOH 与 EDA 通过复合催化体系 DCC-DMAP在较低的反应温度(100 )和较短的反应时间(6 h)下反应可制备得到M